UA116346U

UA116346U - INCLINOMETER FOR THE VERTICAL PART OF THE WELL AND INSERTS OF THE SIDE TRUNKS

Info

Publication number: UA116346U
Application number: UAU201613562U
Authority: UA
Inventors: Володимир Олександрович Андрущенко; Георгій Васильович Завалюєв; Анатолій Михайлович Кір'єв; Костянтин Володимирович Полішко
Original assignee: Київський Національний Університет Імені Тараса Шевченка
Priority date: 2016-12-29
Filing date: 2016-12-29
Publication date: 2017-05-10

Abstract

Інклінометр для вимірювання кривизни вертикальної частини свердловин та врізки бокових стовбурів містить з'єднані кабелем наземний прилад, який включає персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, джерело живлення та свердловинний прилад з мікроконтролером, джерелом живлення. Додатково свердловинний прилад містить однокомпонентний датчик азимутального кута на основі мікроелектромеханічних систем, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута на основі горизонтальності рівня рідини, модем, фіксатор положення, а наземний прилад містить модем. При цьому обчислення кутів виконується мікроконтролером свердловинного приладу та отримані дані передаються в наземний прилад по одножильному кабелю.The inclinometer for measuring the curvature of the vertical part of the wells and the insertion of the side shafts contains a wired ground device, which includes a personal computer with software, a power source and a well device with a microcontroller, power supply. Additionally, the downhole device includes a one-component azimuthal angle sensor based on microelectromechanical systems, a three-component zenith angle gravity sensor based on fluid level horizontality, a modem, a position lock, and a ground device contains a modem. The calculation of angles is performed by the microcontroller of the downhole device and the obtained data are transmitted to the ground device via a single-core cable.

Description

Корисна модель належить до гірничої справи, а саме до засобів контролю кутів викривлення вертикальної частини свердловин, які пробурені особливо як у магнітному, так і у немагнітному середовищі, та для орієнтації бурового інструмента при врізці бокових стовбурів при відхиленні зенітного кута вертикальної частини експлуатаційних, геологорозвідувальних свердловин від нуля у межах ж107. За рахунок вимірювання азимутального кута у обмеженому діапазоні значень зенітного, спрощується конструкція, обслуговування приладу, підвищується надійність, зменшується його вартість та експлуатаційні витрати.The useful model belongs to the mining business, namely to the means of controlling the angles of curvature of the vertical part of the wells, which are drilled especially in both magnetic and non-magnetic environments, and for the orientation of the drilling tool when cutting the side trunks when the zenith angle of the vertical part of operational, geological exploration wells is deviated from zero within z107. By measuring the azimuthal angle in a limited range of zenith values, the design and maintenance of the device is simplified, reliability is increased, and its cost and operating costs are reduced.

Відомий пристрій (КО 2503810 С1, МПК Е218 47/022 (2012.01), 10.01.2014), призначений для вимірювання необмежених зенітних та азимутальних кутів у геологічних пошукових та обсаджених експлуатаційних свердловинах, за рахунок спільного застосування ферозондів, акселерометрів і гіроскопів,The known device (KO 2503810 C1, IPC E218 47/022 (2012.01), 10.01.2014), intended for measuring unlimited zenith and azimuth angles in geological prospecting and cased production wells, due to the joint use of ferrosondes, accelerometers and gyroscopes,

Свердловинний модуль містить блоки датчиків первинної інформації, що складаються з трьох взаємно ортогональних ферозондів, мікроелектромеханічних (МЕМС) гіроскопів і акселерометрів, електронних схем, виходи яких з'єднані через блок зв'язку з наземним пристроєм.The well module contains units of primary information sensors consisting of three mutually orthogonal ferrosondes, microelectromechanical (MEMS) gyroscopes and accelerometers, electronic circuits, the outputs of which are connected through a communication unit to a ground device.

Наземний пристрій складається із блока прийому, декодування і обробки інформації та відображення.The ground device consists of a unit for reception, decoding and processing of information and display.

Недоліком відомого інклінометра є висока складність, експлуатаційна вартість та ненадійність пристрою за рахунок універсальності та необмежених величин вимірюваних кутів кривизни свердловини, які потрібні лише в окремих випадках.The disadvantage of the well-known inclinometer is the high complexity, operating cost and unreliability of the device due to the versatility and unlimited values of the measured well curvature angles, which are needed only in certain cases.

Найбільш близьким аналогом є гіроскопічний інклінометр, призначений для вимірювання викривлення експлуатаційних та геологорозвідувальних свердловин, які пробурені у магнітному середовищі (ША 95363 ОО МПК Е218В 47/02, 25.12.2014|, що містить електричний двигун гіроскопа, азимутальний та зенітний потенціометри, встановлені на рамці інклінометра, щітки яких з'єднані з блоком контролю опору вимірювальних потенціометрів, вихід якого через трижильний кабель з'єднано з зовнішнім пультом керування та джерелом живлення. Інклінометр обладнано мікропроцесором, вихід якого через приймально-передаючий блок та трижильний кабель з'єднано з зовнішнім пультом керування та джерелом живлення.The closest analogue is a gyroscopic inclinometer, designed for measuring the curvature of production and geological exploration wells drilled in a magnetic environment (ША 95363 ОО МПК Е218В 47/02, 25.12.2014 | containing an electric gyro motor, azimuth and zenith potentiometers installed on the frame inclinometer, the brushes of which are connected to the resistance control unit of the measuring potentiometers, the output of which is connected to the external control panel and power source through a three-wire cable. control and power supply.

Недоліком вказаного інклінометра є використання як єдиного немагнітного датчикаThe disadvantage of this inclinometer is its use as a single non-magnetic sensor

Зо азимутального та зенітного кутів електромеханічного гіроскопу та реле, що приводять до ненадійності функціонування внаслідок контактних явищ при вимірюванні, обмеженому ресурсу роботи та потребує трижильного кабелю для зв'язку з пультом керування.From the azimuth and zenith angles of the electromechanical gyroscope and relay, which lead to unreliability of functioning due to contact phenomena during measurement, limited work resource and requires a three-wire cable for communication with the control panel.

Задачею корисної моделі є спрощення конструкції, підвищення надійності приладу, збільшення оперативності, розширення можливості використання та зменшення експлуатаційних затрат при контролі обмежених кутів викривлення свердловин, які пробурені особливо як у магнітному, так і у немагнітному середовищі, та для орієнтації бурового інструмента при врізці бокових стовбурів.The purpose of the useful model is to simplify the design, increase the reliability of the device, increase efficiency, expand the possibility of use and reduce operating costs when controlling the limited curvature angles of wells that are drilled, especially in both magnetic and non-magnetic environments, and for the orientation of the drilling tool when cutting in side barrels .

Поставлена задача вирішується у інклінометрі для вимірювання кривизни вертикальної частини експлуатаційних, геологорозвідувальних свердловин та врізки бокових стовбурів, що містить наземний та свердловинний прилади, що з'єднані кабелем. Свердловинний прилад містить з'єднані між собою однокомпонентний вимірювач азимутального кута на основі МЕМС - датчика кутової швидкості, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута на основі горизонтальності рівня рідини, запрограмований мікроконтролер, модем та джерело вторинного живлення. Наземний прилад - пульт керування містить персональний комп'ютер з програмним забезпеченням, джерело живлення та модем, при цьому обчислення зенітного та азимутального кутів у кожній точці вимірювання виконується мікроконтролером свердловинного приладу, а результат передається в наземний прилад по одножильному кабелю.The task is solved in an inclinometer for measuring the curvature of the vertical part of operational and geological exploration wells and the inset of lateral trunks, which contains ground and well instruments connected by a cable. The downhole device includes an interconnected one-component azimuth angle meter based on MEMS - an angular velocity sensor, a three-component gravity zenith angle sensor based on the horizontality of the liquid level, a programmed microcontroller, a modem and a secondary power source. Ground instrument - the control panel contains a personal computer with software, a power source and a modem, while the calculation of the zenith and azimuth angles at each measurement point is performed by the borehole instrument microcontroller, and the result is transmitted to the ground instrument via a single-core cable.

Корисна модель пояснюється кресленням, на якому наведена функціональна схема гіроскопічного інклінометра.A useful model is explained by the drawing, which shows the functional scheme of the gyroscopic inclinometer.

Пристрій складається з наземного 1, свердловинного 2 приладів та одножильного кабель- троса 3. Основою наземного приладу 1 є персональний комп'ютер (ПК) 4 з відповідним програмним забезпеченням 5, джерело живлення постійного струму б та модем 7. У склад свердловинного приладу входять: модем 8, вторинне джерело живлення 9, мікроконтролер 10, з відповідним програмним забезпеченням 11, трикомпонентний гравітаційний датчик зенітного кута, на основі горизонтальності рівня рідини, 12 (Исаченко В.Х. Инклинометрия скважин - М.:The device consists of ground 1, downhole 2 devices and a single-core cable 3. The basis of the ground device 1 is a personal computer (PC) 4 with appropriate software 5, a direct current power source b and a modem 7. The downhole device includes: modem 8, secondary power source 9, microcontroller 10, with appropriate software 11, three-component gravity sensor of the zenith angle, based on the horizontality of the liquid level, 12 (Isachenko V.Kh. Inclinometry of wells - M.:

Недра. - 1987 г.- С. 27), однокомпонентний датчик азимуту, на основі мікроелектромеханічного (МЕМС) - вимірювача кутової швидкості, 13 та фіксатор становища свердловинного приладу 14 у буровому інструменті. Наземний прилад 1 знаходиться на поверхні, а свердловинний 2 спускається під землю за допомогою трос-кабеля 3.Subsoil - 1987 - P. 27), a one-component azimuth sensor, based on a microelectromechanical (MEMS) - angular velocity meter, 13 and a fixator of the position of the well device 14 in the drilling tool. The ground device 1 is on the surface, and the downhole device 2 is lowered underground with the help of cable 3.

Пристрій працює наступним чином: вмикають наземний прилад 1, при цьому джерело живлення б через кабель З та модеми 7, 8 активує вторинне джерело живлення 9, яке забезпечує роботу усіх складових свердловинного приладу 2. Свердловинний прилад 2 встановлюють на поверхні у спеціальний штатив у вертикальному положенні, орієнтують пазом фіксуючого пристрою строго на північ та запам'ятовують його показники у ПК 4 як вихідні дані.The device works as follows: the ground device 1 is turned on, while the power source b through cable C and modems 7, 8 activates the secondary power source 9, which ensures the operation of all components of the well device 2. The well device 2 is installed on the surface in a special tripod in a vertical position , orient the groove of the fixing device strictly to the north and save its indicators in PC 4 as output data.

Свердловинний прилад 2 спускають у свердловину і вимірюють викривлення свердловини з заданим часовим інтервалом, паралельно фіксуючи глибину положення по довжині троса 3. У кожній точці вимірювань мікроконтролер 10 по відповідному алгоритму його програмного забезпечення 11 знімає показники з датчика зенітного кута 12 та датчика азимуту 13, запам'ятовує їх, обробляє та через модеми 8, 7 та одножильний трос-кабель З передає на накопичення у ПК 4.The downhole device 2 is lowered into the well and the curvature of the well is measured at a given time interval, simultaneously fixing the depth of the position along the length of the cable 3. At each measurement point, the microcontroller 10, according to the corresponding algorithm of its software 11, takes the indicators from the zenith angle sensor 12 and the azimuth sensor 13, remember collects them, processes them and through modems 8, 7 and a single-wire cable C transmits them to storage in PC 4.

При орієнтації бурового інструменту під час врізки бокових стовбурів свердловинний прилад 2 аналогічно спускається до моменту посадки фіксуючого пристрою 14 у відповідний пристрій бурової колони, після чого проводяться вимірювання і корекція азимутального напрямку буріння.When orienting the drilling tool during the cutting of the side trunks, the downhole device 2 is similarly lowered until the moment of landing of the fixing device 14 in the corresponding device of the drill string, after which measurements and correction of the azimuthal direction of drilling are carried out.

З огляду на те, що вертикальні частини свердловин, які після буріння закріплюються магнітними обсадними трубами, мають зенітні кути не більш 20 градусів, стало можливим використання одноосьового МЕМС датчика кутової швидкості для обрахування азимутального кута свердловини з достатньою для практичного використання похибкою. При цьому наявність магнітних мас сталевих обсадних колон та бурового інструменту не впливає на результати вимірювань.Given that the vertical parts of the wells, which after drilling are fixed with magnetic casing pipes, have zenith angles of no more than 20 degrees, it became possible to use a uniaxial MEMS angular velocity sensor to calculate the azimuthal angle of the well with an error sufficient for practical use. At the same time, the presence of magnetic masses of steel casings and drilling tools does not affect the measurement results.

Після закінчення вимірів інклінометр підіймають на поверхню, встановлюють на штатив і визначають кінцевий азимут фіксуючого пристрою 14. Різниця азимуту на початку ії в кінці вимірів дає величину похибки вимірювання азимутального кута, яку розкладають по точкам вимірів, які були виконані у свердловині, що враховується при обробці результатів на персональному комп'ютері 4.After the measurements are completed, the inclinometer is raised to the surface, installed on a tripod, and the final azimuth of the fixing device 14 is determined. The difference in azimuth at the beginning and at the end of the measurements gives the value of the azimuth angle measurement error, which is divided by the measurement points that were performed in the well, which is taken into account during processing results on a personal computer 4.

Перевага запропонованого інклінометра полягає у тому, що через його спеціалізоване застосування у обмеженому діапазоні зенітних кутів, значно спрощується конструкція, відсутність електромеханічних вузлів підвищує надійність, а невелика вартість приладу таThe advantage of the proposed inclinometer is that due to its specialized application in a limited range of zenith angles, the design is significantly simplified, the absence of electromechanical components increases reliability, and the low cost of the device and

Зо експлуатаційних затрат дозволяє надати його кожній буровій для мобільного використання, відмовившись на початковій стадії проходки або при ремонті свердловин від вартісних спеціалізованих послуг каротажних підприємств.From the operating costs, it allows to provide it to each drilling company for mobile use, renouncing the expensive specialized services of logging companies at the initial stage of drilling or when repairing wells.

Claims

USEFUL MODEL FORMULA

An inclinometer for measuring the curvature of the vertical part of the boreholes and the cutting of the lateral shafts, comprising a cable-connected ground instrument, which includes a personal computer with software, a power source, and a downhole instrument with a microcontroller, a power source, characterized in that the downhole instrument contains a one-component azimuth angle sensor based on microelectromechanical systems, a three-component zenith angle gravity sensor based on the horizontality of the liquid level, a modem, a position fixator, the ground device contains a modem, while the angle calculation is performed by the well device microcontroller and the received data is transmitted to the ground device via a single-core cable.